Кіріспе
Бастапқы идеалдар мен алгебралық түрлер топологиясы Алгебралық геометрия және коммутативтік алгебрада Зариски топологиясы геометриялық нысандар, яғни түрлер бойынша анықталған топология. Ол нақты немесе комплекс сандарды зерттеуде қолданылатын топологиялардан өте ерекшеленеді; әсіресе, ол Хаусдорф емес. Бұл топологияны негізінен Оскар Зариски енгізді, ал кейіннен коммутативтік сақинаның бастапқы идеалдар жиынтығын (сақина спектрі деп аталады) топологиялық кеңістікке айналдыру үшін жалпыланды. Зариски топологиясы топологиялық құралдарды алгебралық түрлерді зерттеуге мүмкіндік береді, тіпті негізгі өріс топологиялық өріс болмаған жағдайда да. Бұл схемалық теорияның негізгі идеяларының бірі, ол аффиндік түрлерді біріктіру арқылы жалпы алгебралық түрлерді құруға мүмкіндік береді, бұл манифольд теориясында манифольдтарды құруға ұқсас, онда манифольдтар нақты аффиндік кеңістіктердің ашық кіші жиындары болып табылатын кескіндерді біріктіру арқылы жасалады. Алгебралық түрдің Зариски топологиясы – оның жабық жиындары алгебралық кіші жиындар болып табылатын топология. Комплекс сандардағы алгебралық түрлер үшін Зариски топологиясы әдеттегі топологиядан жуан болады, өйткені әрбір алгебралық жиын әдеттегі топология үшін жабық. Зариски топологиясын коммутативтік сақинаның бастапқы идеалдар жиынтығына (спектрге) жалпылау Гилберттің Nullstellensatz теоремасынан туындайды, ол алгебралық жабық өріс үстінде анықталған аффиндік түрдің нүктелері мен оның реттелген функциялары сақинасының максималдық идеалдары арасындағы өзара тепе-теңдік сәйкестікті орнатады. Бұл коммутативтік сақинаның максималдық идеалдар жиынтығында Зариски топологиясын максималдық идеалдар жиынтығы берілген идеалды қамтитын барлық максималдық идеалдар жиынтығымен бірдей болса ғана жабық деп анықтауға мүмкіндік береді. Гротендиктің схемалық теориясының тағы бір негізгі идеясы – максималдық идеалдарға сәйкес келетін әдеттегі нүктелерді ғана емес, сонымен қатар барлық (толық емес) алгебралық түрлерді, яғни бастапқы идеалдарға сәйкес келетін нүктелерді қарастыру. Осылайша, коммутативтік сақинаның бастапқы идеалдар жиынтығындағы (спектріндегі) Зариски топологиясы – егер және тек егер ол белгілі бір идеалды қамтитын барлық бастапқы идеалдар жиынтығы болса, онда бастапқы идеалдар жиынтығы жабық болады.
In algebraic geometry and commutative algebra, the Zariski topology is a topology defined on geometric objects called varieties. It is very different from topologies that are commonly used in real or complex analysis; in particular, it is not Hausdorff. This topology was introduced primarily by Oscar Zariski and later generalized for making the set of prime ideals of a commutative ring (called the spectrum of the ring) a topological space. The Zariski topology allows tools from topology to be used to study algebraic varieties, even when the underlying field is not a topological field. This is one of the basic ideas of scheme theory, which allows one to build general algebraic varieties by gluing together affine varieties in a way similar to that in manifold theory, where manifolds are built by gluing together charts, which are open subsets of real affine spaces. The Zariski topology of an algebraic variety is the topology whose closed sets are the algebraic subsets of the variety. In the case of an algebraic variety over the complex numbers, the Zariski topology is thus coarser than the usual topology, as every algebraic set is closed for the usual topology. The generalization of the Zariski topology to the set of prime ideals of a commutative ring follows from Hilbert's Nullstellensatz, that establishes a bijective correspondence between the points of an affine variety defined over an algebraically closed field and the maximal ideals of the ring of its regular functions. This suggests defining the Zariski topology on the set of the maximal ideals of a commutative ring as the topology such that a set of maximal ideals is closed if and only if it is the set of all maximal ideals that contain a given ideal. Another basic idea of Grothendieck's scheme theory is to consider as points, not only the usual points corresponding to maximal ideals, but also all (irreducible) algebraic varieties, which correspond to prime ideals. Thus the Zariski topology on the set of prime ideals (spectrum) of a commutative ring is the topology such that a set of prime ideals is closed if and only if it is the set of all prime ideals that contain a fixed ideal.
Түрлердің Зариски топологиясы
Классикалық алгебралық геометрияда (яғни, схемалар қолданылмайтын алгебралық геометрияның бөлігі, олар Гротендикпен 1960 жылдар шамасында енгізілді) Зариски топологиясы алгебралық сорттарда анықталады. Зариски топологиясы, сорттың нүктелерінде анықталған, жабық жиындар сорттың алгебралық ішкі жиындары болатын топология болып табылады. Ең қарапайым алгебралық сорттар аффиндік және проективтік сорттар болғандықтан, осы анықтаманы екі жағдайда да толықтырып беру пайдалы. Біз k белгілі, алгебралық жабық өріспен жұмыс істеп жатырмыз деп есептейміз (классикалық алгебралық геометрияда k әдетте комплекс сандар өрісі болып табылады).
Шығатын сорттар
Естеріңізге сала кетейік, n өлшемді проективті кеңістік – k-дағы нөлдік емес нүктелердің эквиваленттілік кластарының жиынтығы ретінде анықталады, мұнда k-дағы скалярлық көбейтумен ерекшеленетін екі нүкте бірдей деп есептеледі. Көпмүше сақинасының элементтері, әдетте, функциялар болып табылмайды, себебі кез келген нүктенің полиномда әртүрлі мәндер беретін көптеген өкілдері болады; алайда, гомогенді көпмүшелер үшін кез келген проективті нүктеде мәні нөлге тең немесе нөлден өзгеше екендігі анықталған, өйткені скалярлық көбейту полиномнан шығарылады. Сондықтан, егер S – гомогенді көпмүшелердің кез келген жиынтығы болса, онда біз осы жиынтықтар үшін жоғарыда айтылғандармен сабақтас бола аламыз, бірақ "идеал" сөзі "гомогенді идеал" тіркесімен алмастырылуы керек, сондықтан V(S) (S жиынтығы гомогенді көпмүшелерден тұратын жағдайда) топологияны анықтайды, ал осы жиынтықтардың толықтырулары D(S) деп белгіленеді, немесе, шатасу мүмкін болса, D'(S) деп белгіленеді. Проективті Зариски топологиясы проективті алгебралық жиындар үшін, аффиндік топология аффиндік алгебралық жиындар үшін анықталғандай, субкеңістік топологиясын қолдану арқылы анықталады. Сол сияқты, осы топология проективті координаталық сақина элементтерінің жиынтығы арқылы, жоғарыда көрсетілгендей формуламен анықталатынын көрсетуге болады.
The same facts as above may be established for these sets, except that the word "ideal" must be replaced by the phrase "homogeneous ideal", so that the V(S), for sets S of homogeneous polynomials, define a topology on As above the complements of these sets are denoted D(S), or, if confusion is likely to result, D′(S). The projective Zariski topology is defined for projective algebraic sets just as the affine one is defined for affine algebraic sets, by taking the subspace topology. Similarly, it may be shown that this topology is defined intrinsically by sets of elements of the projective coordinate ring, by the same formula as above.
Қасиеттері
Зариски топологияларының маңызды қасиеті – оларда қарапайым элементтерден тұратын база бар, атап айтқанда, жеке полиномиалдар (немесе проективті сорттар үшін гомогенді полиномиалдар) үшін D(f) f. Бұл базаны құрайтыны жоғарыда келтірілген екі Зариски жабық жиынының қиылысу формуласынан көрінеді (оны (S) генераторларымен тудырылған негізгі идеалдарға қайта-қайта қолданыңыз). Бұл базадағы ашық жиынтықтар ерекшеленген немесе негізгі ашық жиынтықтар деп аталады. Бұл қасиеттің маңыздылығы, әсіресе, оны аффиндік схеманы анықтау кезінде пайдаланудан туындайды. Гильберттің негіздер теоремасы және Ноэтериан сақиналары бөлуге жабық екендігі фактісіне сүйене отырып, кез келген аффиндік немесе проективті координаттық сақина Ноэтериан болып табылады. Салдарынан, Зариски топологиясымен жабдықталған аффиндік немесе проективті кеңістіктер Ноэтериан топологиялық кеңістіктер болып табылады, бұл осы кеңістіктердің кез келген жабық ішкі жиынының компактты екенін білдіреді. Дегенмен, шекті алгебралық жиындардан басқа, ешқандай алгебралық жиын Хаусдорф кеңістігі бола алмайды. Ескі топологиялық әдебиетте «компакт» термині Хаусдорф қасиетін де қамтыды, және бұл конвенция алгебралық геометрияда әлі де сақталады; сондықтан, қазіргі мағынадағы компакттылық алгебралық геометрияда «квазикомпакттылық» деп аталады. Алайда, әрбір нүкте (a1, …, an) x1 – a1, …, xn – an полиномиалдарының нөлдік жиыны болғандықтан, нүктелер жабық болады, сондықтан әрбір сорт T1 аксиомасын қанағаттандырады. Әрбір тұрақты сорт картасы Зариски топологиясында үздіксіз болады. Шындығында, Зариски топологиясы – бұл ақиқатты қамтамасыз ететін және нүктелері жабық болатын ең әлсіз топология (ең азын ашық жиынтықтары бар). Бұл оңай тексеріледі, себебі Зариски жабық жиындары – полиномиалдық функциялардың тұрақты карталары ретінде қарастырылатын 0-дің кері бейнелерінің қиылыстары.
Мысалдар
Spec k, k өрісінің спектрі – бір элементі бар топологиялық кеңістік. Spec ℤ, бүтін сандар спектрінде әрбір p жай саны үшін ең үлкен идеалға сәйкес келетін жабық нүкте және нөлдік идеалға сәйкес келетін бір жабық емес жалпы нүкте (яғни, оның жабылуы бүкіл кеңістік) бар (0). Сондықтан Spec ℤ-ның жабық ішкі жиындары – бұл бүкіл кеңістік және жабық нүктелердің шекті біріктірілген жиындары. Spec k[t], k өрісі бойынша полиномдық сақинаның спектрі: мұндай полиномдық сақина негізгі идеалдық домен болып табылады және бөлгішсіз полиномдар k[t]-ның жай элементтері болып табылады. Егер k алгебралық жабық болса, мысалы, комплекс сандар өрісі, тұрақты емес полином тек қана егер ол сызықтық болса, яғни t − a түрінде болса, мұнда a – k-ның бір элементі. Сондықтан, спектр k-ның әрбір элементі үшін бір жабық нүктеден және нөлдік идеалға сәйкес келетін жалпы нүктеден тұрады, ал жабық нүктелер жиыны өзінің Зариски топологиясымен жабдықталған k аффиндік түзуімен гомеоморфты. Осы гомеоморфизмге байланысты кейбір авторлар k[t] спектрін аффиндік түзу деп атайды. Егер k алгебралық жабық болмаса, мысалы, нақты сандар өрісі, кескін сызықтық емес бөлгішсіз полиномдардың болуына байланысты күрделірек болады. Бұл жағдайда спектр әрбір моникалық бөлгішсіз полином үшін бір жабық нүктеден және нөлдік идеалға сәйкес келетін жалпы нүктеден тұрады. Мысалы, спектрі жабық нүктелерден (x − a), мұнда a ∈ ℝ, жабық нүктелерден (x² + px + q), мұнда p, q ∈ ℝ және теріс дискриминант p² − 4q < 0, және соңында жалпы нүктеден (0) тұрады. Кез келген өріс үшін Spec k[t]-ның жабық ішкі жиындары – жабық нүктелердің шекті біріктірілген жиындары және бүкіл кеңістік. (Бұл k[t]-ның негізгі идеалдық домен екендігінен және негізгі идеалдық доменде идеалды қамтитын жай идеалдар идеалдың генераторының жай факторлары болып табылады).
Қосымша қасиеттері
Классикалық суреттен жаңасына топологиядағы ең күрт өзгеріс – нүктелер міндетті түрде жабық емес; анықтаманы кеңейту арқылы Гротендик жалпы нүктелерді енгізді, олар максималды жабылуға ие нүктелер, яғни ең кіші негізгі идеалдар. Жабық нүктелер А сақинасының максималды идеалдарына сәйкес келеді. Дегенмен, спектр және проекциялық спектр әлі де T0 кеңістіктері болып табылады: егер P және Q екі нүкте А сақинасының негізгі идеалдары болса, онда олардың кем дегенде біреуі, мысалы P, екіншісін қамтымайды. Сонда D(Q) P-ні қамтиды, бірақ әрине Q-ны қамтымайды. Классикалық алгебралық геометриядағыдай, кез келген спектр немесе проекциялық спектр (квази)компакт болады, ал егер қарастырылып отырған сақина Нотерлік болса, онда кеңістік Нотерлік топологиялық кеңістік болады. Бірақ, бұл фактілер интуицияға қайшы келеді: біз әдетте байланысқан компоненттерден басқа ашық жиындардың компактты болуын күтпейміз, ал аффиндік сорттар үшін (мысалы, Евклид кеңістігі) тіпті кеңістіктің өзінің компактты болуын да күтпейміз. Бұл Зариски топологиясының геометриялық сәйкессіздігінің бір мысалы. Гротендик бұл мәселені схеманың (немесе схемалардың морфизмінің) қатаңдығы түсінігін анықтау арқылы шешті, ол компакттылықтың интуитивті идеясын қалпына келтіреді: Proj қатаң, бірақ Spec қатаң емес.